刘业飞，刘勇

摘 要：我国的科学技术蒸蒸日上，材料种类的研发与应用推动了各行各业的发展。高分子复合材料的出现大力提升了材料的各项使用性能，在一些运动设施上的良好应用，提升了运动人员使用舒适性与安全性，推动了体育行业的发展。从高分子复合材料概述出发，介绍了高分子复合材料的分类和多种成型工艺，分析了高分子复合材料应用于运动器材中体现的良好使用性能，研究了高分子复合材料对体育健身场所器材与设施使用舒适度的影响，以期为今后体育设施的发展提供参考。

关键词：高分子复合材料;运动器材;体育设施;使用性能;舒适度

中图分类号：TQ584+.31 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）12-0066-04

Research on the Influence of Polymer Composite Material on Sports Fitness Facilities Comfort

Liu Yefei1， Liu Yong1，2

（1.Yulin University， Yulin 719000， China ; 2.JoséRizal University， Mandaluyong， Manila 1552， Philippines）

Abstract：With the prosperity of science and technology， the development and application of material types have promoted the development of all walks of life. The emergence of polymer composite materials has greatly improved the various performance of materials， and its good application in some sports facilities has improved the users' comfort and safety， which promotes the development of the sports industry. Introducing the polymer composite materials， the first is to introduce the classification and various molding processes of polymer composite materials. The second is to analyze the good use performance of polymer composites applied to sports facilities. Finally， the influence of polymer composite materials on sports fitness equipment and facilities comfort is researched， so as to provide a reference for the future development of sports facilities.

Key words：Polymer composite materials;Sports equipment;Sports facilities; Using performance; comfort

0 引言

随著我国经济的发展与人类生活质量的提高，人们开始注重身体健康，期望通过体育锻炼增强体能，获得健康的体魄和高质量的生活水平。在材料的研发与科技的进步，人们对运动器材的选材和使用性能要求变高。体育设施与运动器材不仅要质量轻、强度高、弹性好等，更重要的是给运动人员充分的安全、舒适的使用体验。高分子复合材料在运动器材中的广泛应用，提升了体育健身器材与设施的综合使用性能，推动了体育事业的发展[1]。

1 高分子复合材料概述

1.1 高分子复合材料分类

大量原子以共价键的形式结合为相对分子质量较大的有机化合物，多种高分子化合物通过一定的工艺形成高分子复合材料，它在我们的日常生活中应用非常广泛，常被用于棉花、纤维、橡胶、塑料等材料的生产与制作中。高分子材料可分为通用高分子材料和功能高分子材料，通用高分子材料可应用于众多行业且可实现大规模生产，具有特殊功能、被生产为特定产品的称为功能高分子材料。

在结构需求上进行合成的高分子复合材料称为高分子结构复合材料，由多样化功能需求进行合成的则称为高分子功能复合材料。高分子结构复合材料一般由增强相和基体相组成，一般常见的增强相是纤维类材料，例如硼纤维、玻璃纤维、碳纤维等，空间上彼此之间呈分散状态置于基体相上，因此显著增强了材料整体的强度、弹性和抗冲击能力。基体相的作用主要是将分散的纤维材料连接起来成为一个整体，基体相材料一般具有较高的比模量和比强度，例如塑料、环氧树脂、聚丙烯、聚酰亚胺等材料。因其优越的性能，被用于尖端技术与国防安全事业中。一些体育器材因运动所需，要具备某些特定的功能，因此在树脂类基体材料上结合具有发光、防静电、带磁性等特殊功能的材料，形成高分子功能复合材料[2]。

1.2 高分子复合材料成型工艺

高分子复合材料的成型工艺有拉挤成型、模压成型、注射成型、蜂窝结构成型等多种成型工艺，部分成型工艺的特点如图1所示。

2 高分子复合材料对体育器材使用性能分析

2.1 传统聚合物材料缺点

一些传统体育器材的生产制造中，使用金属和木材等质量大、不耐腐蚀、安全性不高的材料。在材料相关技术的研发下，聚合物材料被大量用于运动器材的设计与生产中，但是这些发展不够完善的传统聚合物材料依旧存在一些安全性问题。聚氯乙烯（PVC）是世界上产量最大的通用塑料之一，但如果在聚氯乙烯的生产过程中没有进行充分的反应，就会产生一些致癌物，不仅无法应用于体育器材的生产，更是严重危害人类的健康。聚氨基甲酸酯（Polyurethane）中有一种物质为异氰酸盐（MIC），这是对人类呼吸道黏膜有巨大损害的化学物质[3]。

传统聚合物材料应用于运动器材的使用性能也有待提升，很多材料都有一些不耐摩擦、弹性弱、对人类身体健康有危害的不良体现，例如由丙纶材料生产制作的体育用品，不耐热、不耐光，也没有很出色的强度与韧性;腈纶纤维材料运动器材在体育运动使用中不具备较高的弹性，弯曲能力差容易产生裂纹;PET材料俗称涤纶树脂，在运动过程的不断接触与摩擦时，容易出现静电，影响运动的正常进行，且不易着色，无法满足多样性的运动需求;聚碳酸酯材料受紫外光线的影响较大，但很大一部分体育运动是在户外进行，因此聚碳酸酯材料的运动器材不具备户外运动条件[4]。

2.2 常用高分子复合材料对运动器材使用性能分析

2.2.1 工程聚合物材料运动器材使用性能

一些体育设施与体育用品的设计与生产中采用了工程聚合物材料，以实现多样化的运动需求，例如，器材坚实、耐热、耐腐蚀、可使用寿命长等，部分体育运动器材所选材料与具备的使用性能见如表1所示。

2.2.2 橡胶材料体育用品性质

天然橡胶与人工合成橡胶是橡胶的两大类，一些体育活动中运动员会受到较强的冲击力，橡胶类材料可有效缓解这种冲击力，以保护运动员的安全，也可有效减震、防滑。因此一些橡胶复合材料常用于体育运动器械与装备的设计与生产中，例如缓解落地冲击的高弹性运动鞋，缓解撞击力的防护用具等。橡胶材料在受到外界施加的压力时，不会断裂，而是会产生可逆性形变;外力去除时，橡胶便会恢复到原本的形状。体育领域橡胶材料主要应用方面与具备的使用性能如表2所示。

在体育运动设施与器材的生产与制造中，橡胶是高分子材料中应用最广的材料之一，以其优良的弹性性能提升了运动员的体育安全，给运动员带来舒适的体验。橡胶及其复合材料在球類的器材中应用也较多，例如排球、篮球、足球;在运动器材的方面，例如哑铃、毽子、球拍外层与手柄等，因此橡胶与其复合材料在体育器材中的广泛应用，减缓了人体运动时受到的各种冲击力，显著提升了运动的安全性和舒适性[5-6]。

2.2.3 纤维增强复合材料体育用品具备优势

体育行业离不开纤维高分子材料的应用。尼龙、腈纶与涤纶等均是日常使用较多的高分子复合材料，在体育运动领域涤纶的使用最多，常用于体育运动服装的生产中。复合纤维材料制成的运动器械通常具有较高的强度和弹性，目前，在球拍、调高撑杆、自行车、冲浪板等各领域的应用都已经较为成熟;高尔夫球杆的生产与制造中采用了碳纤维复合材料，相对分子质量较高的特性增加了球杆棒头的质量，为其击打高尔夫球提供了较大的力量，提升了高尔夫球飞行时的初速度和稳定性，可达到更远的距离;碳纤维增强塑料与其他材料的复合使用，使运动器材具备了多样的运动性能，例如在滑雪板上的应用，提升了滑雪板的承载能力，增大了运动员在滑雪时的稳定性;用于竞赛使用的运动型自行车，车身框架多个部位可使用碳纤维增强塑料，会减轻车身的质量且大大提升自行车的刚性，增加运动员的驾驶舒适度，良好地辅助运动员在体育运动中实力的发挥。另外，登山运动器材的生产中也采用了此类材料，不仅提升了登山绳索的强度，也增强了其耐磨的使用性能，保障了运动员在攀岩时的安全性[7]。

3 高分子复合材料对体育设施舒适度的影响

3.1 增加了运动服装的舒适、透气性

正确的体育运动与锻炼可以促进青少年的健康生长，青少年处于对新事物充满好奇与学习动力的时期，因此要着重其运动的舒适性与轻松愉悦性，以培养其对体育运动的热爱。因此，在青少年运动器材的设计与生产中，要把健康和舒适作为选材的首要需求。在材料选择上要结合体育用品的特殊使用特性和运动需求，例如运动服装，要具备透气、吸汗排湿、保温亲肤等使用性能，coolmax纤维织物、coolplus纤维织物或者棉都是在此需求上具有良好表现的材料，可以采用到运动服装的设计与生产中;水中运动的泳衣、潜水服等要具备高弹性、柔软性和防水性，因此可选择聚氨酯作为此类服装生产的材料，再采用底胶和面胶涂层结合的方法对聚氨酯面料进行加工，降低在水中运动的阻力，提升了运动员水中运动的舒适性与自由性，可有效帮助运动员取得更好的竞赛成绩[8-9]。

3.2 提升了运动场和跑道舒适、安全性

如今，大部分学校的跑道都建成了塑胶跑道，代替了以往的水泥跑道;体育健身场所的地面也采用了塑胶地板，对于提升运动员舒适性具有重要意义。塑胶跑道和塑胶地板有出色的回弹、吸音、减震、耐磨和防滑等特性。塑胶跑道相比于传统材料跑道，拥有显著的弹性势能，力量回转和吸震力强，可有效削减来自运动员脚部的冲击力;力的作用是相互的，那么运动员受到的相对力量就较小，减小了运动员的受伤风险，运动员在上边训练或者比赛都较为舒适，不会因运动时间久造成脚部的疼痛感。塑胶跑道有一定的透气性，在高温的暴晒下，不易变形，也不会散发较难闻的气味影响运动员的训练。塑胶跑道的组成结构如图2所示，底层的建设要保证地基的稳定;在上方的4、5、6层建造上都运用了塑胶材料，最外层的主要材料为聚丙烯酸酯，与运动员直接接触，拥有较强的弹性和舒适性。

3.3 加强了水上运动设施舒适度与强度

赛艇、水上摩托、冲浪板以及帆板等这些水上运动设施常用材料为塑料以及复合材料，这些设施要承载运动员的质量，也要抗击水的冲击，因此需要具备较强的硬度和刚性，所以通常会在塑料材料中添加复合纤维材料，以提升设施的强度，满足运动员的使用需求。这些设施多采用热塑性与热固性材料，不仅质量轻，便于运动员掌控速度与方向，且手感好，提升了运动的舒适性。滑水板、冲浪板等水上设施的外层除了使用纤维增强塑料，通常还采用了具有保温效果的聚氨酯泡沫复合材料，一定程度上可减少运动员在水中能量的消耗;另外可利用聚碳酸酯混合复合材料和其他功能材料制作成水上摩托鞍座，可大大提升使用舒适性[10]。

4 结语

综上所述，我国经济实力的增强与人民生活水平的提高，使得人们逐渐加深了对体育运动锻炼的重视。随着材料科学技术的不断研发与应用，人们对体育器材与设施的综合使用性能要求越来越高，高分子复合材料以其来源广、成型工艺简单、成本低等各项优势被广泛应用于体育运动器材与设施的生产与制造中，复合材料的使用大大提升了体育器材与设施的使用舒适度与安全性等。科技在不断进步，体育设施的生产要紧跟科学技术的发展步伐，以推动我国体育事业的发展。

参考文献

[1]江 伟. 塑料复合材料在体育设施和健身器材中的应用[J]. 塑料工业，2019，47（01）：152-155.

[2]王 静. 纤维增强复合材料及其在体育娱乐器材中的应用[J]. 合成材料老化与应用，2019，48（06）：137-140.

[3]晁嘉文. 基于CFRP材料在体育器材上的应用与设计[J]. 合成材料老化与应用，2020，49（01）：128-130.

[4]胡紫薇，杨洪君. 运动护膝舒适性影响因素探究[J]. 设计，2020，33（07）：20-24.

[5]曾琪智. 新型复合材料在体育器材中的应用研究[J]. 材料保护，2020，53（07）：201-203.

[6]王小妮. 高分子材料动态力学性能对体育器械的影响研究[J]. 合成材料老化与应用，2020，49（05）：120-122.

[7]薄阿维. 先进高分子材料体育装备性能分析及对竞技体育发展的影响研究[J]. 合成材料老化与应用，2020，49（06）：163-165.

[8]陈正权，王利娟. 功能高分子复合材料（SFPC）体育防护用具加工特点与性能分析[J]. 粘接，2021，45（02）：67-70.

[9]李 萌. 高力学性能高分子材料与竞技体育融合发展分析[J]. 合成材料老化与应用，2021，50（02）：163-165+134.

[10]雷 慧，邓罗平. 高校体育设施舒适度影响因子分析[J]. 体育成人教育学刊，2018，34（05）：30-33.